導(dǎo)語：如何才能寫好一篇有關(guān)流體力學(xué)的現(xiàn)象，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

李家春院士2003年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員，擔(dān)任《力學(xué)與實踐》主編。曾任科技部“九五”攀登項目“流體和空氣動力學(xué)關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究”首席科學(xué)家。李院士長期從事流體力學(xué)研究，在流動的非線性問題和力學(xué)中數(shù)學(xué)方法領(lǐng)域做出了理論成果。他提出了攝動級數(shù)多對復(fù)奇點的判別準(zhǔn)則；最早用剪切解釋風(fēng)浪頻譜下移機理，并且得到弱風(fēng)時不穩(wěn)定加強，強風(fēng)時不穩(wěn)定抑制的新結(jié)論；對自然環(huán)境中的波、流、渦、湍流進(jìn)行了深入研究，解決了與流體力學(xué)有關(guān)的諸如陸面過程、海氣相互作用、臺風(fēng)異常路徑和土壤侵蝕等環(huán)境科學(xué)問題。

李家春院士的講座用通俗的語言、生動的實例詳細(xì)介紹了流體力學(xué)的相關(guān)情況。講座內(nèi)容共分為四個部分：流體現(xiàn)象就在身邊，淺談現(xiàn)代流體力學(xué)，流體力學(xué)發(fā)展歷程，未來的機遇與挑戰(zhàn)。李院士首先從我們身邊存在的很多流體現(xiàn)象開始講起，他說：“流體也許看不見、摸不著，然而它們就像空氣和水，是一種重要的存在，對我們的生活和發(fā)展起著重要的作用?！彼ㄟ^唐代詩人李白和張繼的名詩“朝辭白帝城”和“楓橋夜泊”解釋古人觀察到的流動現(xiàn)象；講述日本3.11海嘯與福島核泄漏、2011年極端氣象災(zāi)害和美國航天飛機退役等事件當(dāng)中的流體力學(xué)的原理，使聽眾了解從古至今身邊的流體現(xiàn)象。李院士還向聽眾們解釋了什么是流體介質(zhì)、什么是流體力學(xué)，回顧了流體力學(xué)發(fā)展的四個階段。

提及近代力學(xué)時，李院士告訴聽眾，“如果沒有普朗特的邊界層理論，到現(xiàn)在為止，我們不可能坐十個小時飛機到達(dá)紐約?！闭沁@個理論的提出，解決了阻力和飛機設(shè)計問題， 推動了人類文明的進(jìn)步。在談到現(xiàn)代流體力學(xué)發(fā)展的挑戰(zhàn)時，李院士特別列舉了大家都比較關(guān)心的航空航天、海洋工程、環(huán)境能源、生物醫(yī)學(xué)和材料信息五個方面。當(dāng)?shù)弥黧w力學(xué)除了在航空、航天工程中發(fā)揮作用外，還在海洋工程、能源工程、環(huán)境工程和生物醫(yī)學(xué)工程也有用武之地時，聽眾們都倍感欣喜。

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關(guān)鍵詞：地方高校；流體力學(xué)；理論；實踐

0引言

以航空為特色的濱州學(xué)院的航空專業(yè)學(xué)生，流體力學(xué)是后期學(xué)習(xí)氣體動力學(xué)、航空發(fā)動機構(gòu)造、航空發(fā)動機原理等等課程的基礎(chǔ)課程，航空發(fā)動機分為活塞式和噴氣式，目前大型飛機多采用噴氣式發(fā)動機產(chǎn)生飛機向前運動的推力，其原理是從外部大氣中吸入大量的氣體經(jīng)壓氣機壓縮后部分氣體流入燃燒室和燃油充分混合燃燒后形成高溫高壓的熱氣流入渦輪，最后所有吸進(jìn)發(fā)動機的氣體由尾噴管噴出，吸入前和排除的氣體發(fā)生了變化變?yōu)楦邏焊邷馗咚贇怏w，根據(jù)力的反作用，由尾噴口噴出的氣體可在發(fā)動機上產(chǎn)生強勁的推力，先進(jìn)的噴氣式發(fā)動機在設(shè)計階段會根據(jù)相應(yīng)的流體力學(xué)原理設(shè)計不同管徑的流道，設(shè)計壓氣機和渦輪的葉片，因此理順流體力學(xué)的知識點及學(xué)習(xí)思路至關(guān)重要。流體力學(xué)的研究方法可分為理論方法、實驗方法、數(shù)值方法[1-2]。因此在教學(xué)時，可將3種研究方法貫穿流體力學(xué)的教學(xué)過程中。課程學(xué)習(xí)目標(biāo)有如下4項：①了解流體力學(xué)與其他力學(xué)的本質(zhì)的區(qū)別；②掌握最基本的流體力學(xué)理論知識點，如靜力學(xué)、動力學(xué)、運動學(xué)等；③具有應(yīng)用流體力學(xué)的知識，分析、處理基本流體力學(xué)問題的能力；④利用數(shù)值方法和實驗方法，培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、整理數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告的能力。

1理論方法

理論知識的學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)時的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，而流體力學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)過程中，多注重公式的推導(dǎo)。本文以流體力學(xué)的三大方程之一的連續(xù)性方程為例，講解該公式學(xué)習(xí)的具體的過程，連續(xù)性方程式是質(zhì)量守恒在流體力學(xué)中的表達(dá)式。首先學(xué)習(xí)連續(xù)性微分方程。需要建立流體的模型，在空間坐標(biāo)系下選取一個微小的直角六面體A，并假設(shè)六面體內(nèi)流體的密度ρ有梯度，六面體內(nèi)流體的流動沿著x、y、z軸向，速度為ux、uy、uz，如圖1所示。dt時刻內(nèi)微小的直角六面體A的質(zhì)量流量該變量駐M可分解為在x、y、z方向上質(zhì)量流量的改變量駐Mx、駐My、駐Mz。以x方向為例，dt時間內(nèi)，流進(jìn)六面體A的流體質(zhì)量流量Mx為ρuxdxdydt，流出六面體A的流體質(zhì)量流量Mx′為。因此，dt時刻內(nèi)在x方向上的流出的質(zhì)量流量駐Mx可表示為：根據(jù)上述推導(dǎo)，可知dt時刻內(nèi)在y、z方向上流出的質(zhì)量流量駐My、駐Mz的大小表示為：因此，dt時刻內(nèi)流出微小的直角六面體A的質(zhì)量流量駐M：結(jié)合質(zhì)量守恒定律，可推出dt時刻內(nèi)直角六面體A的質(zhì)量流量的變化量的變化關(guān)系。質(zhì)量流量與密度、體積、速度的變量有關(guān)，又因為體積及速度沒有變化，因此只和密度有關(guān)。控制體內(nèi)密度的減小而減少的質(zhì)量流量：然后學(xué)習(xí)恒定總流的連續(xù)性微分方程對總流的積分。從恒定總流A任意截取出來的細(xì)微的一段管道稱為控制體[3-4]。其控制面如圖2所示。過流斷面截面積為A1、A2，平均流速為u1、u2。在單位時間內(nèi)，經(jīng)控制面流進(jìn)流出控制體積內(nèi)的液體質(zhì)量流量應(yīng)相等。因此可得：u1A1=u2A2即可知截面處的速度與面積成反比關(guān)系，截面積越大速度越小，反之亦然。

2實驗操作

理論知識的學(xué)習(xí)，離不開強力的邏輯思維能力，但是地方高校學(xué)生普遍缺乏此能力。而結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備，適當(dāng)?shù)母M(jìn)實驗，便于學(xué)生理解理論知識，及時互動。因此設(shè)計了基于截面積改變，流體流速變化情況的基礎(chǔ)實驗。本實驗室采用了氣體動力學(xué)試驗臺模擬風(fēng)速，斜壓計測量截面處的動壓強，斜壓計顧名思義就是液壓管傾斜放置的測壓儀器，與桌面存在夾角，因壓強變化量相對較小，傾斜放置可比豎直放置的管路讀取的壓強數(shù)值更為精確。如圖3所示。根據(jù)斜壓計的讀值，由下列公式計算流速。試驗前先做好準(zhǔn)備工作，如連接好皮托管與斜壓計的橡膠管，皮托管可感受來流總壓和靜壓，從而得到動壓差，皮托管如圖4所示。把斜壓計根據(jù)基座上的校正氣泡調(diào)成水平放置，在斜壓計內(nèi)適當(dāng)?shù)姆湃氩糠譄o水乙醇，純度為99.7%，它的密度為0.790*103kg/m3。液面和斜壓計0點重合。靜止時斜壓計讀數(shù)為0mm。實驗過程中，可通過調(diào)整出風(fēng)口截面積的大小，觀測斜壓計內(nèi)讀值（流速）與試驗段截面積的關(guān)系，截面形狀示意圖如圖5所示，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。結(jié)合試驗結(jié)果，分析可知，在模擬風(fēng)速不變的情況下，流速與截面積的大小成反比，截面積越大流速越小。而在日常生活中，我們能看到很多的現(xiàn)象和此原理有關(guān)，如河道突然變窄的區(qū)域水流速度很大，山谷里的風(fēng)比平地上的風(fēng)大。

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[論文摘要]論文結(jié)合教學(xué)實踐，提出了以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主、以現(xiàn)代化教學(xué)手段為輔的教學(xué)方法。結(jié)合實例講清楚基本概念，夠用為度重點突出理論公式的應(yīng)用是常規(guī)教學(xué)應(yīng)遵循的模式，并與多媒體輔助教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，達(dá)到提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的目的。

一、前言

《流體力學(xué)》是研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué)，它建立在現(xiàn)場觀測、實驗室模擬、經(jīng)典理論分析、數(shù)值計算基礎(chǔ)上，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撔浴⒃淼某橄笮?、概念多、方程推?dǎo)繁雜等特點，對學(xué)生具備高等數(shù)學(xué)知識及綜合分析與處理問題能力的要求較高，因而大部分學(xué)生覺得該課程抽象、枯燥、難懂，普遍缺乏對流體力學(xué)理論的感性認(rèn)識，都有某種程度的畏懼感，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難懂成為較普遍的現(xiàn)象。

我校機械設(shè)計制造及自動化、過程裝備與控制工程、土木工程、安全工程、采礦工程、環(huán)境工程、礦物加工工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、工程力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生都須具備不同程度的流體力學(xué)知識和技能，它是各專業(yè)后續(xù)課程如：液壓傳動、水力學(xué)、流體機械、空氣調(diào)節(jié)、傳熱學(xué)等課程的基礎(chǔ)。

為此，作者通過教學(xué)實踐，就多樣化的教學(xué)方法、更新的教學(xué)內(nèi)容、引入高科技的教學(xué)手段等方面進(jìn)行探討，以期提高《流體力學(xué)》的教學(xué)質(zhì)量。

二、以傳統(tǒng)課堂教學(xué)為主

《流體力學(xué)》的課程體系分為基本理論、基本應(yīng)用和專門課題三大知識模塊，它要求學(xué)生具備扎實的微積分知識、力學(xué)知識等。學(xué)生在接觸流體力學(xué)課程伊始，對抽象的理論理解速度慢，對枯燥的公式及其推導(dǎo)過程容易厭煩，因而《流體力學(xué)》的教學(xué)應(yīng)該以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主。因為在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，學(xué)生獲取知識主要是聽教師講課，通過板書教師細(xì)致耐心地闡述概念、推導(dǎo)公式、突出重點、強調(diào)難點，以學(xué)生容易接受的講課速度，留給學(xué)生更多的思考和消化的時間，再配合上教師的表情、手勢、師生之間的互動，會達(dá)到很好的教學(xué)效果。

(一)結(jié)合實例，講清楚基本概念

流體力學(xué)的概念多、現(xiàn)象多，且很多概念和現(xiàn)象比較抽象，難以理解，諸如：拉格朗日法、歐拉法、流線、跡線、邊界層等。因而利用身邊的實例對這些抽象的概念進(jìn)行講解，例如在講授描述流體運動的兩種方法——拉格朗日法和歐拉法時，學(xué)生們很難理解。為了將概念通俗化，上課時筆者以城市公共交通部門統(tǒng)計客運量所采用兩種方法為例：①在每一輛公交車上安排記錄員，記錄每輛車在不同時刻（站點）上下車人數(shù)，此法類似于拉格朗日法的質(zhì)點跟蹤，它與跡線的定義對應(yīng)；②在每一公交站點安排記錄員，記錄不同時刻經(jīng)過該站點車輛的上下車人數(shù)，此法等同于歐拉法，與流線的定義對應(yīng)。

在講解伯努利方程原理的時候，例舉1912年“豪克”號鐵甲巡洋艦與同行疾駛“奧林匹克”號遠(yuǎn)洋輪相撞的船吸現(xiàn)象，讓學(xué)生清楚掌握流體的壓強與它的流速有關(guān)，流速越大，壓強越??；反之亦然。

概念是公式推演的基石，沒有準(zhǔn)確的概念，后續(xù)的公式推演幾乎難以為繼，清晰的概念會使公式的講解和推演變得更加簡易。利用淺顯易懂的生活實例來闡述抽象的概念及其之間的內(nèi)部聯(lián)系和區(qū)別，教師易教、學(xué)生易懂，將會達(dá)到事半功倍的效果。

（二）以用為度，重點突出理論公式的應(yīng)用

伯努利方程是能量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用，是流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)的基礎(chǔ)，始終貫穿著整篇教材。在講解該理論公式的時候，先從容易理解的靜力學(xué)平衡微分方程推導(dǎo)開始，強調(diào)公式所依據(jù)的原理是牛頓第二定律，假設(shè)條件是平衡、理想、靜止的流體，重點引導(dǎo)學(xué)生如何理解公式各項的幾何意義和物理含義，掌握公式的實際應(yīng)用。這樣學(xué)習(xí)到后面的動力學(xué)伯努利方程時，先易后難、循序漸進(jìn)，學(xué)生就覺得不會那么深奧。在講解相對平衡的流體壓強分布規(guī)律時，就要求學(xué)生必須掌握推導(dǎo)過程，因為它在解決一般平衡流體內(nèi)部的壓強分布規(guī)律及其對固體壁面的作用力問題時非常重要。而對于連續(xù)性方程和動量方程的學(xué)習(xí)，只強調(diào)記住結(jié)論和理解公式中各個物理量的含義。這樣做，有效地避免了大量公式繁瑣的推導(dǎo)給學(xué)生帶來的畏難情緒，也能夠做到以用為度、重點突出。

不可否認(rèn)，依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件、以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)形式單一，教學(xué)手段不先進(jìn)，教學(xué)效率不高，適應(yīng)不了課程教學(xué)學(xué)時少、受教育學(xué)生數(shù)增加的情況。

三、以現(xiàn)代化的教學(xué)手段為輔

當(dāng)前以計算機多媒體技術(shù)為主的現(xiàn)代化教學(xué)手段已經(jīng)普遍地應(yīng)用于高校的教學(xué)中。制作教學(xué)用的視頻、多媒體軟件、電子課件等素材，作為課堂教學(xué)有力的輔助教學(xué)手段，可以在有限的時間內(nèi)，利用圖文并茂的信息傳播方式，將課程內(nèi)容及有關(guān)背景資料以影像、圖片等形式，直觀地傳播給學(xué)習(xí)者，將流體力學(xué)中抽象的概念和理論具體化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)生能夠從感性認(rèn)識開始，逐步上升到理性認(rèn)識，進(jìn)而能夠達(dá)到運用知識解決問題的能力。

結(jié)合流體力學(xué)精品課程的建設(shè)，教學(xué)團隊制作了流體力學(xué)多媒體電子教案，并在教學(xué)過程中不斷完善，逐步取得了良好的教學(xué)效果。在設(shè)計與制作多媒體課件時，遵循課堂教學(xué)的基本規(guī)律，既發(fā)揮傳統(tǒng)板書教學(xué)中容易帶動學(xué)生思路、逐條在黑板上書寫的特點，在課件制作中根據(jù)講解的進(jìn)度逐條展現(xiàn)公式條目等內(nèi)容，同時又將難以理解、難以用語言描述的拉格朗日法和歐拉法、流線、邊界層和紊流等抽象概念和流動現(xiàn)象，以多媒體的方式在課堂上直觀地呈現(xiàn)出來，幫助學(xué)生建立清晰的印象。教學(xué)團隊收集、制作了大量的多媒體素材，例如在講解雷諾判據(jù)的時候，制作了雷諾實驗的FLIASH素材，以動畫的形式向?qū)W生展示了流體流動的兩種不同狀態(tài)，以及流態(tài)判據(jù)—雷諾數(shù)與流動速度、管徑、流體種類有關(guān)系。運用多媒體輔助手段表達(dá)后，能夠幫助學(xué)生很好地理解課程的重、難點，提高教學(xué)效率。利用多媒體技術(shù)，還可以制作需占用大量時間板書和不易通過板書表述的內(nèi)容，提高了教學(xué)效率。

多媒體教學(xué)的內(nèi)容一定要做到提綱挈領(lǐng)、重點突出，有所為有所不為。多媒體技術(shù)沒有好壞之分，只有合理使用與不當(dāng)使用之別。但是實踐應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)有的教師完全拋棄以往的黑板式教學(xué)模式，離開多媒體手段就上不了課；有的教師將教材內(nèi)容全部照搬到了課件中，自己就成了的幻燈片放映員，“照機宣科”；有的教師制作的多媒體課件過分追求課件的美觀性，界面過于華麗，淡化了教學(xué)重點；也有的教師忽略學(xué)生對課件內(nèi)容理解消化的時間，致使學(xué)生的思維跟不上教師講解的速度，降低了教學(xué)效果。上述現(xiàn)象將會造成一種新形式的“滿堂灌”，只不過是由“人灌”變成“機灌”而已。

四、總結(jié)

流體力學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，其重要性不言而喻。傳統(tǒng)教學(xué)模式能夠?qū)⑶昂笾R貫通，突出重點，化煩就簡、引入實例形象闡述概念原理，促進(jìn)知識的系統(tǒng)化進(jìn)程；多媒體教學(xué)能將難于理解的知識通過圖文、音像生動地顯現(xiàn)出來，幫助學(xué)生理解性記憶。借助于先進(jìn)的教學(xué)手段，將多媒體輔助教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機地結(jié)合起來，力求課堂教學(xué)的形式和方法多樣化，既能保證課堂信息量大，又能避免單純多媒體授課的不足，才能提高教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量。以上是筆者在流體力學(xué)教學(xué)實踐中的體會，愿與同行共同切磋。

基金項目：2009年安徽省教育廳《流體力學(xué)》精品課程

[參考文獻(xiàn)]

[1]許賢良,王傳禮,張軍等．流體力學(xué)[M]．北京:國防工業(yè)出版社,2006．

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關(guān)鍵詞： 流體力學(xué) 教學(xué)方法 教學(xué)改革 自學(xué)方法

教育是一個國家的立國之本，我國自春秋戰(zhàn)國時期就有先賢孔子開始教書育人。然而在我國傳統(tǒng)教學(xué)中往往以教師作為主體，重教而輕學(xué)，教師在課堂上使出各種方法強化教學(xué)效果，而對學(xué)生的“學(xué)”重視不足，甚至視而不見。對于很多學(xué)科而言，這種教學(xué)方式對于學(xué)生掌握知識情況的改善確實有顯著的效果，但是對于《流體力學(xué)》課程，這種教學(xué)方式影響十分有限。究其原因主要有：1.課程對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高；2.概念理解困難，費時；3.公式多且難，學(xué)生容易失去學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)學(xué)生處在課后不學(xué)、課上不聽或聽也聽不懂的狀態(tài)時，教師的諸多課堂教學(xué)手段在實施時就像沒有觀眾的表演一樣是達(dá)不到良好教學(xué)效果的。正是由于《流體力學(xué)》課程的這種特性，使得教學(xué)中的“學(xué)”在該課程的教授過程中顯得越來越重要。這里的“學(xué)”，不應(yīng)僅僅是傳統(tǒng)教學(xué)方式中，學(xué)生在課堂上被動接受，而應(yīng)包含課外自主學(xué)習(xí)。通過對過往學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解，有良好自學(xué)習(xí)慣和自學(xué)方法得當(dāng)?shù)膶W(xué)生往往《流體力學(xué)》課程成績優(yōu)于沒有自學(xué)習(xí)慣的學(xué)生。正因如此，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好自學(xué)習(xí)慣和教會學(xué)生學(xué)會選擇恰當(dāng)?shù)淖詫W(xué)方法在《流體力學(xué)》的教學(xué)中顯得尤為重要。為了達(dá)到以上教學(xué)目的，需對傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行如下調(diào)整。

一、讓學(xué)生具有主動自學(xué)的意愿

要引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，首先要讓學(xué)生有自學(xué)的意愿，較常用的有以下兩種方法。

1.上好第一堂課。

“第一印象效應(yīng)”是婦孺皆知的一種心理效應(yīng)，在日常生活中經(jīng)常用到，如面試者注意儀表，為官者的“下馬威”等。這個道理在流體力學(xué)教學(xué)中同樣適用。聰明的教師通常特別注意教授第一堂課，這樣更容易引起學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性。針對工程流體力學(xué)的第一堂課，教師最好避免采用過于生硬的公式或太理論化的概念進(jìn)行教授，可將現(xiàn)實中的一些有趣現(xiàn)象與課程進(jìn)行聯(lián)系或提及一些與課程有關(guān)且同學(xué)們感興趣的問題。這一點得到很多教師的共識，如上海交通大學(xué)的丁祖榮教授在其《流體力學(xué)》公開課中就以高爾夫球為什么不采用光滑表面、汽車的形狀怎樣最優(yōu)等幾個有趣的例子將看不見、摸不著的力與現(xiàn)實生活聯(lián)系在一起，使得學(xué)生對學(xué)習(xí)流體力學(xué)充滿期待?！芭d趣是最好的老師”，有了興趣之后學(xué)生自然愿意投入精力學(xué)習(xí)。

2.重點強調(diào)“前車之鑒”。

這里的“前車之鑒”當(dāng)然可以指流體力學(xué)考試的一次通過率較低和流體力學(xué)成績普遍偏低的現(xiàn)實，但是事實證明，這種“前車之鑒”對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性效果并不顯著，反而容易引起部分學(xué)生的畏懼心理，不利于學(xué)生自學(xué)積極性的提高。通常來講最好的辦法就是對比平時喜歡學(xué)習(xí)和善于自學(xué)的同學(xué)與平時沒有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不端正的同學(xué)進(jìn)行對比，通過兩類同學(xué)在這門課程上取得的不同學(xué)習(xí)效果使得學(xué)生意識到自學(xué)對于流體力學(xué)課程的重要性。

當(dāng)然以上兩種方法在增強學(xué)生自學(xué)意識上第一種效果更佳，但過于依賴學(xué)生興趣會使學(xué)生對后續(xù)課程的趣味性要求提高，反而不利于理論部分的教學(xué)，所以教師在課程上應(yīng)盡可能將兩種方法結(jié)合，以期達(dá)到最佳效果。

二、讓學(xué)生學(xué)會流體力學(xué)課程的自學(xué)方法

僅有自學(xué)意識和自學(xué)動力對于流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，受制于中國基礎(chǔ)教育，我國進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)生多半擅長記憶，而不是對公式概念的理解和運用。記憶固然重要，但是僅擅長記憶對于流體力學(xué)課程自學(xué)而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。于是很多高校教師面臨的問題除了專業(yè)知識的教授外，還多了本應(yīng)在中小學(xué)教育中教授的自學(xué)方法。為了使學(xué)生學(xué)會力學(xué)課程的自學(xué)方法，在教學(xué)中要注意以下幾點。

1.由淺到難。

所謂的由淺到難即留給學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容難度應(yīng)由淺到難。有的老師為了提高學(xué)生自學(xué)能力，只要是自己不感興趣的章節(jié)或自認(rèn)為不重要的章節(jié)統(tǒng)統(tǒng)不講解，完全留給學(xué)生自我消化。這樣的方法固然能夠極大地促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力的提高，然而僅對本身自學(xué)能力較強的學(xué)生有效。這種教學(xué)方式對于重點院校的本科生，其差異性表現(xiàn)不明顯，但對于大多數(shù)普通院校的學(xué)生而言，只有少數(shù)學(xué)生適應(yīng)這種教學(xué)方式，大多數(shù)學(xué)生則會因為難度過大而過早喪失學(xué)習(xí)興趣。因此教師在教授過程中，可先留一些較簡單的問題讓學(xué)生自學(xué)，等學(xué)生習(xí)慣自學(xué)且達(dá)到一定自學(xué)能力后再將部分較復(fù)雜的理論推導(dǎo)留給學(xué)生。

2.保證課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)。

自學(xué)能力不是一蹴而就，掌握方法就能立即提高的，需要不斷地練習(xí)。對于流體力學(xué)這門課程而言，其學(xué)習(xí)過程也需要循序漸進(jìn)，因為流體力學(xué)的課程內(nèi)容包含大量模型簡化、理論推導(dǎo)、概念理解、公式運用等需要大腦復(fù)雜加工的過程，一次的內(nèi)容接觸不足以使大腦完成所有的任務(wù)。因此要保證課程學(xué)習(xí)質(zhì)量，對課程內(nèi)容的反復(fù)斟酌是必不可少的過程。通常要使得該課程學(xué)習(xí)效果最佳，除了上課聽教師的講解外，課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)對于學(xué)生而言也是必不可少的。學(xué)生課前預(yù)習(xí)的主要目的是貫穿課堂知識點，整體把握課程內(nèi)容的難點和自己不容易理解的。為促使學(xué)生養(yǎng)成課前預(yù)習(xí)習(xí)慣，教師除了在第一堂課調(diào)動學(xué)生興趣外，還可在前一次課堂上布置少量預(yù)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生下一次課進(jìn)行回答，但主要還是依靠學(xué)生的自覺性。而課后復(fù)習(xí)的主要目的是加深學(xué)生對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和提高知識運用能力。通常教師可以通過布置練習(xí)題的形式達(dá)到目的，偶爾可采用小測驗的形式對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行測試，通過測試可增強學(xué)生課后學(xué)習(xí)的動力。

3.教會思考，舉一反三。

上述兩點都是教師使學(xué)生了解怎樣有效自學(xué)的引導(dǎo)手段，而流體力學(xué)不同于其他學(xué)科自學(xué)的真正關(guān)鍵之處則在于教會學(xué)生如何思考。

不同于諸多學(xué)科，流體力學(xué)的學(xué)習(xí)不僅僅依賴對公式和知識點的記憶，學(xué)生對知識點的理解和運用更重要。因此往往有些學(xué)生學(xué)習(xí)很用功，但是遇見問題總是無法自己解決，只能通過背題目的方式應(yīng)付考試。這種學(xué)生就是典型的學(xué)習(xí)方法不得當(dāng)，沒有學(xué)會思考。實際上，學(xué)習(xí)流體力學(xué)知識和其他力學(xué)課程類似，大部分知識點都不脫離假設(shè)、建模、公式推導(dǎo)和公式運用的流程，學(xué)生在學(xué)習(xí)知識點時只要能夠回答出“3W1H”，那么這個知識點就已經(jīng)掌握了。

那么這“3W1H”到底是什么呢？第一個“W”就是“When could I use it？”什么時候可以用這個知識點？這就意味著學(xué)生在學(xué)習(xí)中一定要先弄清楚運用知識點的前提，力學(xué)當(dāng)中的很多概念都是在一定先決條件下得到的推理，因此對于這些知識點而言，其使用不得違背這些先決條件。第二個“W”就是“What problems could I solve？”我能夠解決什么問題，所有的知識都不是萬能的，它僅僅只是研究或解決某一類問題的方法或手段，流體力學(xué)中的知識點很多體現(xiàn)的是各種物理量之間的關(guān)系，而這些關(guān)系決定了我們可以解決什么樣的問題。第三個“W”是“What situation should I use it？”什么情況下我應(yīng)該用這個知識點？在運用知識點解決問題的時候，一個問題往往有很多種解決思路，不同的物理量之間有多種表示關(guān)系的公式，選用公式的時候一定要找準(zhǔn)問題的關(guān)鍵點，最終選擇合適的公式或運用正確的知識點解決問題。最后一個“H”，指的是“How should I use it？”我怎么用這個知識點。選擇了正確的知識點并不意味著你就會用了，什么地方我們該忽略掉，什么地方要補充其他知識點，都是需要考慮的問題。通過將各知識點進(jìn)行組合，分析他們的邏輯、數(shù)學(xué)或物理等關(guān)系，最終才能解決要求的問題。舉一個簡單的例子：假設(shè)現(xiàn)要求某處的靜水壓力，這個題目只涉及單一的知識點。我們首先要分析，靜水壓力是什么？什么情況下才有？靜水壓力的求救問題屬于水靜力學(xué)部分的知識點，也就是當(dāng)液體處于靜止?fàn)顟B(tài)或相對靜止?fàn)顟B(tài)時，靜水壓力才存在。第二步，則要分析靜水壓力這個知識點能解決什么問題或與其他的物理量之間有什么關(guān)系。顯然和靜水壓力相關(guān)的有靜水壓強和作用面積，壓強乘以面積即壓力，那么我們現(xiàn)在的思路出來了，要解決靜水壓力的問題首先要了解靜水壓強和液體作用面積的情況，現(xiàn)在問題變?yōu)榱丝检o水壓強這個知識點。第三步，什么情況下我應(yīng)該運用這個知識點？由于這個問題較簡單，解題思路清晰，因此對于該題這一步可以跳過。最后就是怎樣用這個知識點，根據(jù)靜水壓強的特性，其方向都是垂直于作用面，任一點處各方向上的靜水壓強大小相等，各點處靜水壓強大小不同。因此我們知道對于該物體的靜水壓力不能直接用某一點的壓力乘以物體的面積而應(yīng)該將物體上每一微面積上的靜水壓強與面積乘積計算得出各微面積上的靜水壓力再進(jìn)行矢量加和。這樣這個問題的思路就完整了。當(dāng)然對于這個思路來講只能保證將所有問題都分析清楚。在實際解題過程中，學(xué)生還要在不違背以上各物理量關(guān)系的前提下，想想能不能找到簡化的方法，如果有，思考為什么可以這樣簡化，該簡化方法有沒有局限性。

以上就是我們學(xué)習(xí)和分析流體力學(xué)問題的基本思路。該思路貌似復(fù)雜，但當(dāng)學(xué)生按照該過程接受了一定量的練習(xí)之后，便可以快速分析出某一流體力學(xué)問題的關(guān)鍵。同時，這個過程對于學(xué)生的自學(xué)也是至關(guān)重要的。只有真正學(xué)會這樣思考的同學(xué)，才可能避免題海戰(zhàn)術(shù)，對任一知識點都可以做到舉一反三。這樣的自學(xué)過程不僅是對學(xué)生自學(xué)能力的鍛煉，而且是對學(xué)生分析問題能力的鍛煉。而這種綜合邏輯分析問題的思路不僅在流體力學(xué)學(xué)習(xí)時需要，對于其他的如數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等很多理工科課程也是必不可少的。然而在現(xiàn)有的基礎(chǔ)教育和高等教育中往往缺少的就是分析問題方法的教育，更多的是讓學(xué)生通過數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)無意識地培養(yǎng)邏輯分析能力。

三、讓學(xué)生養(yǎng)成自學(xué)習(xí)慣

自學(xué)動力有了，學(xué)習(xí)方法也掌握之后，要使學(xué)習(xí)效果得到充分體現(xiàn)就需要學(xué)生持之以恒，真正將自學(xué)變?yōu)樽约毫?xí)慣的一部分。對于這一點而言，主要靠學(xué)生本身的自覺性，但是老師也可以給其少量外部刺激，促使學(xué)生養(yǎng)成這種習(xí)慣，如課后布置作業(yè)，定期小測驗，甚至可以通過舉行類似于結(jié)構(gòu)大賽的流體力學(xué)興趣大賽等形式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使其自學(xué)。

通過如上教學(xué)方法改革，我所帶班級的學(xué)生對流體力學(xué)課程的學(xué)習(xí)熱情普遍提高，同時分析解決問題能力得到增強。但是這種教學(xué)方法也存在一個明顯的缺點，即過分依賴學(xué)生自覺性，對于少部分沒有自學(xué)習(xí)慣且學(xué)習(xí)態(tài)度不好的學(xué)生不僅沒有促進(jìn)其學(xué)習(xí)而且使得個別學(xué)生為自己的缺勤找到了充分理由。學(xué)生的兩極分化現(xiàn)象更加明顯，雖然良好率提高了，但課程總淘汰率有小幅提高。

總體而言，該課程的教學(xué)方法改革是有意義且有成效的，但其中遇到的某些問題還需進(jìn)一步深化研究。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄧克.機械類專業(yè)工程流體力學(xué)課程教學(xué)方法探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，06（26）：146-147.

[3]畢金杰.試論學(xué)習(xí)過程中心理障礙產(chǎn)生的原因與對策[J].教學(xué)與管理，2012，10：19-20.

篇5

在傳熱與流體流動問題的數(shù)值計算研究中，主要存在兩種思路，一種是應(yīng)用數(shù)學(xué)家針對空氣動力學(xué)問題發(fā)展的可壓縮流動計算方法，以有限差分法為主，國內(nèi)習(xí)慣上稱其為計算流體力學(xué)（CFD）；另一種是物理學(xué)家針對傳熱問題發(fā)展的不可壓縮流動計算方法，以有限體積法為主，國內(nèi)習(xí)慣上稱為計算傳熱學(xué)（NHT）。通過某種特殊處理，兩種思路都試圖將方法推廣到另一種思路所側(cè)重的問題。流體流動和傳熱現(xiàn)象十分復(fù)雜，其中不少子課題均可并且已經(jīng)形成獨立的學(xué)科。數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算方法也名目繁多、千姿百態(tài)。想要花費較少的時間歷數(shù)各類流動和傳熱現(xiàn)象、各類數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法，幾乎是不可能；對于初學(xué)者來說也沒有這個必要[2]。許多專門講解計算流體力學(xué)的各種書籍，由于需要較多的數(shù)學(xué)知識，而顯得晦澀難懂。針對初學(xué)者的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該是能夠突出介紹傳熱和流體流動數(shù)值計算核心算法，而又盡量避免深奧的數(shù)學(xué)知識，特別是為他們克服最初的入門障礙，以便建立起對CFD和NHT的興趣和信心，為繼續(xù)學(xué)習(xí)更深入的相關(guān)知識做好鋪墊。教學(xué)過程中要力求做到以較簡單的數(shù)學(xué)方程來解釋計算流體力學(xué)和計算傳熱學(xué)的基本知識。在世界范圍內(nèi)得到廣泛認(rèn)可的作為CFD和NHT入門學(xué)習(xí)的教材有1980年P(guān)atankarS.V.[6]撰寫的《Nu-mericalHeatTransferandFluidFlow》（1984年張政[7]譯為中文，科學(xué)出版社出版），1995年VersyeegH.K.和MalalasekeraW.[8]撰寫的《AnIntroductiontoComputationalFluidDynam-ics—theFiniteVolumeMethod》（2005年李人憲[9]撰寫的《有限體積法基礎(chǔ)》大量參考了此書的有關(guān)內(nèi)容（作者注），國防工業(yè)出版社出版），1995年AndersonJ.D.[10]撰寫的《Computa-tionalFluidDynamics—theBasicswithApplications》（2007年吳頌平和劉趙淼[2]譯為中文版，機械工業(yè)出版社出版）。這三本書中，前兩本主要介紹有限體積法，數(shù)值計算方法主要為壓力修正的SIMPLE算法系列；第三本書主要專門介紹有限差分法，對有限體積法只是一帶而過。我們知道，當(dāng)前流體流動和傳熱問題的數(shù)值計算方法有多種，如有限體積法、有限差分法、有限元法、譜分析法、各類格子類方法等。每一種方法都有其特點和使用范圍。在應(yīng)用于傳熱和流體流動問題數(shù)值計算的眾多方法中，有限體積法由于其物理意義明確、實施過程簡便、數(shù)值特性優(yōu)良而獲得了特別廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)前主流通用商品化CFD軟件（如：PHOENICS、FLU-ENT、Star-CD、CFX）中最常用的核心算法，也是最為成熟的一種方法。特別是自20世紀(jì)80年代以來，由于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展，有限體積法更是得到了長足的進(jìn)步。值得指出的是，雖然有限體積法表現(xiàn)出優(yōu)異的程序通用性和對求解域的廣泛適應(yīng)性，但因為這樣的原因而只是去了解有限體積法的知識是不夠的。原因如下：第一方面，有限差分法是有限體積法的基礎(chǔ)，有限體積法是在有限差分法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第二方面，如何分析和判斷一個離散格式的有效性和可靠性，即離散格式的數(shù)學(xué)特性（相容性、收斂性、穩(wěn)定性、數(shù)值耗散與色散）的分析，必須借助于有限差分法才能完成。有限體積法是無法看見離散格式的內(nèi)在微觀特性的。這也是很多初學(xué)者學(xué)習(xí)完計算傳熱學(xué)（有限體積法）后，再去學(xué)習(xí)計算流體力學(xué)（有限差分法）時仍然感到吃力和困難的原因。有限差分法更多地是建立在數(shù)學(xué)概念上的，需要學(xué)習(xí)者要有較為厚實的數(shù)學(xué)功底；有限體積法是從物理概念入手，顯然容易理解和接受，但難以透徹理解各物理量的內(nèi)在聯(lián)系。第三方面，有限差分法簡便易行、格式和離散方案豐富多彩，求解變量設(shè)置隨意，是初學(xué)者練習(xí)編寫小程序而能深刻理解數(shù)值計算精髓很好的方法。第四方面，有限體積法在當(dāng)前仍然被廣泛使用，特別是在航空航天領(lǐng)域更是必不可少。綜上所述，對于教授初學(xué)傳熱與流體流動數(shù)值計算的學(xué)生而言，在安排教學(xué)內(nèi)容時應(yīng)當(dāng)涵蓋有限體積法和有限差分法兩方面的內(nèi)容。兩種方法是否應(yīng)當(dāng)有所側(cè)重，得依據(jù)修課學(xué)生的專業(yè)情況來具體舍取。另外，對于初學(xué)者要立足基礎(chǔ)，突出物理概念和數(shù)學(xué)模型的循序漸進(jìn)、由淺入深。因為精確科學(xué)的目標(biāo)就是通過數(shù)學(xué)而簡化自然界的問題，以確定物理上的量。反之，片面追求起點高、內(nèi)容深，會使大部分學(xué)生感到畏懼，敬而遠(yuǎn)之，從而失去繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的興趣。

二、明確本課程的學(xué)習(xí)方法

鑒于傳熱與流體流動數(shù)值計算課程的重要性，特別是許多學(xué)生在接下來的學(xué)位論文工作時，都要采用數(shù)值計算的手段去研究自己的特定問題。那么如何才能學(xué)好CFD或NHT？或者是應(yīng)該采用什么樣的方法來學(xué)好這門課程？這是初學(xué)者經(jīng)常愛詢問的問題。有效的學(xué)習(xí)方法能起到事半功倍的效果，對于本門課程學(xué)習(xí)中需要注意以下幾方面的問題：1.要有扎實的流體力學(xué)和傳熱學(xué)基本知識。所謂計算流體力學(xué)或計算傳熱學(xué)，顧名思義，就是數(shù)值計算和流體力學(xué)（或傳熱學(xué)）兩方面知識的結(jié)合。要想學(xué)好CFD和NHT，首先要有扎實的數(shù)學(xué)功底、流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識。在理解并應(yīng)用CFD和NHT的所有知識之前，我們必須充分理解流體力學(xué)和傳熱學(xué)控制方程，包括它們的數(shù)學(xué)形式和它們所描述的物理現(xiàn)象。有的同學(xué)在學(xué)習(xí)過程中想要繞過流體力學(xué)和傳熱學(xué)的基本知識，特別是粘性流體力學(xué)的內(nèi)容，最終的效果只能是知其然而不知其所以然。2.不要忽視自己動手編寫程序。這是一門理論和編程并重的課程，應(yīng)使理論與編程操作相結(jié)合，二者才能相得益彰。因此，想要學(xué)好CFD和NHT，應(yīng)該鼓勵自己去編寫一些計算簡單問題的程序。而且只有通過編寫程序來親手實踐，才能了解CFD和NHT究竟是如何一回事。3.要學(xué)習(xí)使用商品軟件。自己編程是一個良好的學(xué)習(xí)方法，針對某一較簡單的問題編程容易實現(xiàn)；而對于復(fù)雜問題，自己動手從零開始編寫程序?qū)且粋€繁雜的工作。對于作為工程計算而非專門的研究型人員來說，學(xué)會使用一個通用的商品軟件是有益的，像流行的PHOENICS、FLU-ENT、CFX和Star-CD等商品軟件，雖說不是針對性軟件，應(yīng)用于某些專門問題的計算時可能表現(xiàn)出效率低、精度低，但要自己編制一個計算復(fù)雜流場的軟件，還是要慎重思考。

三、結(jié)束語

篇6

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；科學(xué)創(chuàng)新；人文教育；教學(xué)改革

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-0118（2013）01-0130-02

當(dāng)前世界各國都把提高大學(xué)生的綜合素質(zhì)作為高教改革的一個重點，特別是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才已成為大學(xué)教育的首要任務(wù)［1］。但是，在我國的一些工科院校中，專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課教學(xué)占有絕對的優(yōu)勢，忽略了綜合素質(zhì)的教育和人文精神的陶冶，導(dǎo)致了素質(zhì)教育與專業(yè)教育的嚴(yán)重分離［2］。我們所培養(yǎng)大學(xué)生既有專業(yè)知識不足的缺點，又缺乏較高的思想文化素質(zhì)。因此，人文教育和科學(xué)教育應(yīng)并重發(fā)展，實現(xiàn)兩者的有效融合。

人的創(chuàng)新意識并不是與生俱來的，可以通過教育培養(yǎng)和主觀努力鍛煉進(jìn)行開發(fā)。工科課堂中蘊藏著豐富的可開發(fā)的人文因素，科學(xué)與人文可以有機融合，既使學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識，又能使學(xué)生及時了解人文社會的新進(jìn)展和科學(xué)技術(shù)的新成就，使高校成為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃。但是，許多高校在人文教育的內(nèi)容設(shè)計上追求豐富多樣而忽視協(xié)調(diào)統(tǒng)一，很難將人文素質(zhì)教育與理論教學(xué)有機地結(jié)合［3］。人文教育處在即興發(fā)揮、隨意點綴的狀態(tài)，缺乏有目的、有計劃的充分挖掘［4］。綜上所述，如何在工科課堂中滲透人文教育，值得深入研究。

本文以流體力學(xué)課堂教學(xué)為教學(xué)改革實踐基地，探索一條將科學(xué)創(chuàng)新和人文教育相結(jié)合的道路，消除工科理論課堂上彌漫的繁冗氣息，將科學(xué)的、新穎的教學(xué)理念引入課堂，通過深入挖掘創(chuàng)新素質(zhì)教育中的人文因素，建立科學(xué)創(chuàng)新與人文教育協(xié)調(diào)統(tǒng)一的融合理念，最后根據(jù)課程自身的特點，以不同的傳授方式改革教學(xué)方法，在教學(xué)中注意營造一個寬松、自由、活躍、富有吸引力的人文環(huán)境，十分有利于學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

一、科學(xué)與人文的融合理念

一般來說，現(xiàn)代工程師素質(zhì)結(jié)構(gòu)的精神層面應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)精神與人文精神的統(tǒng)一?？茖W(xué)是一種動態(tài)活動，把科學(xué)活動的結(jié)果（知識）和探究科學(xué)活動的過程（研究）有機地統(tǒng)一起來，把科學(xué)真理和求真過程有機地統(tǒng)一起來，能使學(xué)生更深切地認(rèn)識科學(xué)真諦，從更廣泛的人類活動背景上把握科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)的品格和社會責(zé)任感。

隨著人才市場對畢業(yè)生實踐能力以及創(chuàng)新思維能力的要求逐步提高，在校本科學(xué)生也漸漸認(rèn)識到具備上述能力的必要性，越來越多的學(xué)生對課外科技創(chuàng)新等實踐性活動表現(xiàn)出很高的參與積極性和熱情，校方也提供不同形式的機會讓學(xué)生參與到科技創(chuàng)新活動中來。

古人云，“授之以魚，不如授之以漁”。很多畢業(yè)后的學(xué)生認(rèn)為，除了傳授知識外，更重要的是，教師都能通過專業(yè)課的教學(xué)和訓(xùn)練幫助學(xué)生掌握自主學(xué)習(xí)的方法。持續(xù)終身的自主學(xué)習(xí)能力必須在專業(yè)教學(xué)中就開始培養(yǎng)，自主學(xué)習(xí)對于自主確立目標(biāo)、自主搜尋資料、自主選擇方法、自主解決問題都提出了極高的要求。自主學(xué)習(xí)或曰自主地獲取知識，是一種眾多要素綜合發(fā)生作用的能力，而人文要素是其中的重要組成部分。依據(jù)上述理念，在流體力學(xué)的課堂教學(xué)中增加人文因素，以不同的傳授視角與傳授方式進(jìn)行人文課堂的教學(xué)改革。

二、人文課堂的改革措施

（一）古代哲學(xué)思想與現(xiàn)代科學(xué)的碰撞

哲學(xué)思想與科學(xué)研究實際上是密不可分的，先進(jìn)的哲學(xué)思想可以引領(lǐng)創(chuàng)新思維。在流體力學(xué)的課堂上，作者嘗試了將古典哲學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)進(jìn)行對比，引導(dǎo)學(xué)生理解哲學(xué)思想與經(jīng)典理論的互相呼應(yīng)和協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使他們通過人文素質(zhì)的提升積蓄能量將來攀登更高的科學(xué)高峰。

例如，在講授能量方程物理意義時，教師在課堂上通過論證和推導(dǎo)得到流體在流動過程中的機械能守恒的結(jié)論之后提問：在中國古代就有人提出了這樣論斷，請問此人是誰？等待學(xué)生討論之后，教師給出答案—《老子》中寫道：“視之不見，名曰夷；聽之不聞，名曰希；搏（觸摸）之不得，名曰微。此三者不可致詰，故混而為一”。此時教師給予解釋。

接著又提問：還有三個中國人在2000年后提出了與之驚人相似的論點，此人是誰？回答：華裔美國物理學(xué)家李政道和楊振寧在1957年獲諾貝爾物理獎的CPT對稱原則。他們的一位同事吳健雄證明了他們的預(yù)言是正確的。古今的哲學(xué)與科學(xué)在此時碰撞了，教師可以繼續(xù)解釋：視之不見相當(dāng)于空間屬性，因此夷就是P；聽之不聞與聲波有關(guān)，也就是與速度有關(guān)，是時間屬性，因此希就是T；搏之不得說的是本身的特質(zhì)，因此微就是C。這三個參數(shù)分別不符合對稱的原則，必須和在一起，也就是“混而為一”。通過這樣的教學(xué)安排，將科學(xué)創(chuàng)新與經(jīng)典理論和哲學(xué)人文統(tǒng)一起來，不但擴大了本科教學(xué)的知識面和學(xué)生的視野，同時將專業(yè)教育中素質(zhì)教育的目標(biāo)與教育總目標(biāo)相一致化了。

（二）課堂設(shè)疑和討論

通過課堂設(shè)疑引導(dǎo)學(xué)生形成“質(zhì)疑”、“解惑”、“去偽”、“求真”的思維，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度。這既是一種科學(xué)精神也是一種人文精神。此時，專業(yè)教育通過嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練方式——提出問題、大膽假設(shè)、反復(fù)驗證，完成科學(xué)知識學(xué)習(xí)、科學(xué)能力訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)的過程，在過程中讓學(xué)生了解、思考、實踐科學(xué)探索，就是最好的人文教育。

例如，在講解能量方程之前，教師進(jìn)行了課堂演示：兩張平行的紙片吹氣后是分開還是合攏？請一名同學(xué)來做演示，請大家來討論并揭示原因，然后引出能量方程的推導(dǎo)和意義，同時再重新用該理論解釋現(xiàn)象。在講解靜力學(xué)的相對平衡方程時，教師在課堂上進(jìn)行了課堂設(shè)疑：在鍋里撈面條，開始容易后面難，如何快速撈起最后的幾根面條呢？然后讓學(xué)生討論，最后總結(jié)學(xué)生提出的辦法：筷子在鍋里做圓周運動，面條就會集中在鍋底，自然容易快速撈起，并揭示相對平衡狀態(tài)和運動流體的根本區(qū)別是粘滯力，由此引出歐拉方程的推導(dǎo)。

對于課堂討論，教師一定要分別歸納不同的觀點，糾正各自的錯誤觀點，而不是給出正確的答案。如果給出的“標(biāo)準(zhǔn)答案”太過死板教條，一會打消學(xué)生的積極性，二會束縛活躍的思維。當(dāng)然，這個平衡點是很難掌握的，需要教師積累更多的經(jīng)驗，這對教師自身知識水平是一個很大的挑戰(zhàn)，也能夠促進(jìn)教師的自我增值意識提高。

從上述課堂教學(xué)方法的案例來看，將人文精神貫穿于工科理論教學(xué)中，通過實證經(jīng)驗和邏輯論證進(jìn)行科學(xué)探索，使得科學(xué)專業(yè)教育在培養(yǎng)和訓(xùn)練方式上與以前的教學(xué)方式大不相同，不但有靈活的外在形式，還具有人文教育的深刻意義。

（三）人文歷史講解

一些教師認(rèn)為工科課堂以理論教學(xué)為主，沒有必要告知學(xué)生相關(guān)的歷史。但是，經(jīng)典理論都有其發(fā)展的的歷史脈絡(luò)，有很多故事和文化蘊涵在這些看似平淡的定理和公式中，它們不但使煩悶的課堂變得有趣，還可以把偉大科學(xué)家的精神意志凝固在經(jīng)典理論中傳遞給聆聽者。

以前，教師在講授流體動力學(xué)的基本概念時總覺得即使借助圖片、視頻、動畫等多媒體手段也無法讓大多數(shù)學(xué)生喜愛和關(guān)注，于是對2010級學(xué)生的教案意增加了有關(guān)科學(xué)家的一些生平事件和主要代表理論。例如，教師提到拉格朗日法和歐拉法的區(qū)別時，會主動提到拉格朗日是法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，提出了運用于靜力學(xué)和動力學(xué)的普遍方程，建立了拉格朗日方程，把力學(xué)體系的運動方程從以力為基本概念的牛頓形式，改變?yōu)橐阅芰繛榛靖拍畹姆治隽W(xué)形式，奠定了分析力學(xué)的基礎(chǔ)。歐拉是瑞士數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家，是第一個使用“函數(shù)”一詞來描述包含各種參數(shù)表達(dá)式的人，也是把微積分應(yīng)用于物理學(xué)的先驅(qū)者之一。學(xué)生們都主動參與課堂討論，回憶在高等數(shù)學(xué)時兩位科學(xué)家在數(shù)學(xué)方面的成就。很多學(xué)生表示，在聽到這樣的人文講解后會消除對科學(xué)知識的陌生感和距離感，產(chǎn)生對科學(xué)研究的濃厚興趣，有部分同學(xué)會主動邀請老師帶領(lǐng)他們參與各類科學(xué)研究活動。

三、教學(xué)改革實踐的效果

本次教學(xué)改革的實踐對象為建筑設(shè)備專業(yè)2010級的學(xué)生，分別比較了2009級和2010級兩次教學(xué)過程考試成績、參與科技競賽情況作為評價這次教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)。分別如表1-表2。

從表1可以看出，2010級學(xué)生的優(yōu)秀率達(dá)到10.3%，比2009級學(xué)生高出6.1%，80-89分的比例提高了25%，說明一些學(xué)習(xí)能力較強的同學(xué)已經(jīng)充分挖掘了其學(xué)習(xí)潛能，有利于帶動整個專業(yè)的學(xué)習(xí)氛圍。表1中不及格率下降了13.2%，說明大多數(shù)同學(xué)能夠從這種教學(xué)改革方法中受益。從表2中可喜地看到，2010級同學(xué)踴躍參加各類科技創(chuàng)新活動的熱情高漲，實現(xiàn)了實驗創(chuàng)新和科技發(fā)明項目零的突破，并且全專業(yè)有2/3的同學(xué)參與了省級“挑戰(zhàn)杯”科技創(chuàng)新項目，表明2010級建筑設(shè)備的學(xué)生在教師的積極引導(dǎo)下，已經(jīng)初步對科學(xué)研究產(chǎn)生了巨大的興趣，有利于開展今后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)。

四、結(jié)論

工程教育從來就不是單純的技術(shù)教育，工科教育中的專業(yè)教育所培養(yǎng)的應(yīng)當(dāng)是具有人文精神且能綜合運用專業(yè)技術(shù)知識為社會服務(wù)的技術(shù)人才，專業(yè)教育與人文教育相互結(jié)合、相互滲透、相互制約才是完整的工程教育?？茖W(xué)素質(zhì)教育和人文素質(zhì)教育應(yīng)成大學(xué)生文化素質(zhì)教育的兩翼，通過直面嚴(yán)峻的社會現(xiàn)實和巨大的社會需求來培養(yǎng)社會責(zé)任感。科學(xué)的求證、求真、求實的過程本身就是一種享受、一種發(fā)現(xiàn)的樂趣，發(fā)現(xiàn)問題、驗證結(jié)果就是最大的回報。所以，通過將人文教育融合科技創(chuàng)新培養(yǎng)來激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生探索的意識，這種理念比學(xué)習(xí)科學(xué)知識本身更為重要。

參考文獻(xiàn)：

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［2］張志宏，顧建農(nóng)，王家楣.“流體力學(xué)”課程教學(xué)改革的實踐與探索［J］.高等理科教育，2006，（5）：87-91.

篇7

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；采礦；問題；措施

中圖分類號： P58 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

在礦山的開采中對于巖石力學(xué)的應(yīng)用是非常普遍的，其主要來源于大規(guī)模的工程實踐。由于采礦工程一般規(guī)模比較大、施工條件復(fù)雜，不管是地下還是露天的采礦工程，都是以具有地質(zhì)構(gòu)造的巖石為對象，這也就決定了巖石力學(xué)的問題將貫穿于整個采礦工程的實際。在采礦工程中的巖石力學(xué)，主要包括巖石的穩(wěn)定性以及強度等，它是會隨著礦山中巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化。與此同時，因為采礦工程是一個動態(tài)的過程，所以在這其中巖石的力學(xué)性質(zhì)會隨著礦山工程的進(jìn)展發(fā)生變化，還有就是自然環(huán)境也對其有一定的影響。這就決定了在礦山工程中的巖石力學(xué)應(yīng)用手段必須多樣化。

1、巖石力學(xué)研究的目的和內(nèi)容

巖石力學(xué)研究的目的是對礦區(qū)內(nèi)不同類型巖體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石組成及其強度和應(yīng)力的資料給以解釋，按巖石力學(xué)的要求對礦、巖體進(jìn)行分類，以便根據(jù)其自然崩落性選擇合適的開拓方式和采礦方法，從而為制定采礦試驗計劃和編制采礦設(shè)計提出推薦意見。

巖石力學(xué)研究的主要內(nèi)容有：斷層和破碎帶的位置、形態(tài)和相對運動；不同類型巖石及其夾層的抗壓、抗張、抗剪強度；微裂隙的類型及系統(tǒng)；區(qū)域殘余應(yīng)力的大小、方向和變化；應(yīng)力釋放的方法；在一段時間內(nèi)巖石的應(yīng)力集中及其移動的性態(tài)，坑內(nèi)井巷工程不同支護方法的效果；使應(yīng)力影響減少到最小的井巷工程的位置及方向等等。

2、背景研究

2.1、采礦工程的力學(xué)背景

采礦工程的力學(xué)背景，主要指的是在原有平衡關(guān)系的基礎(chǔ)之上建立起新的平衡結(jié)構(gòu)，它具有一定的時代特色?，F(xiàn)如今，采礦工程已經(jīng)打破了以往的規(guī)劃設(shè)計理念和方法。主要表現(xiàn)在：對相關(guān)地表下經(jīng)歷數(shù)億年形成的平衡結(jié)構(gòu)的，建立起來一個新的穩(wěn)定空間，更加的具有平衡性，很好的減少了巖石碎裂現(xiàn)象的發(fā)生。也就是說在具體的采礦工程的工作中一定要注意其開采的背景，注重工程的安全性問題，以此來極大地維持好新建的平衡空間的穩(wěn)定性。

2.2、巖體力學(xué)的時代背景

巖體力學(xué)不是一門系統(tǒng)的學(xué)科，它屬于地質(zhì)學(xué)與力學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，但是它卻可以幫助施工人員解決一些地質(zhì)學(xué)和力學(xué)無法解決的實際問題，現(xiàn)如今我國對于巖石開采量逐年增大，所涉及的規(guī)模和復(fù)雜程度也不是同日而語，在智能化時代中處理這些規(guī)模巨大的巖石問題時必須要采用巖體力學(xué)的知識來加以幫助，我國的地質(zhì)人員經(jīng)過努力已經(jīng)在這方面積累下了豐富的經(jīng)驗，雖然說與國際先進(jìn)水平相比還是有一定差距，但也不可否認(rèn)我國在這方面所做出的進(jìn)步，不足之處主要是在于我國在綜合實際應(yīng)用過程中未能將已有的研究成果靈活成功應(yīng)用到過程實踐中去。

3、巖石力學(xué)和其他學(xué)科在采礦中的結(jié)合應(yīng)用

在采礦工程中對于巖石力學(xué)的應(yīng)用并不是單一化的，而是同其他的一些應(yīng)用性的基礎(chǔ)學(xué)科相結(jié)合應(yīng)用的。巖石力學(xué)的理論基礎(chǔ)是相當(dāng)廣泛的，也就涉及到很多的其他的基礎(chǔ)性應(yīng)用學(xué)科。主要有：

3.1、固體力學(xué)

固體力學(xué)是一門在力學(xué)當(dāng)中形成的比較早且其理論性比較強的分支，固體力學(xué)主要是對可變形固體在外界因素作用下對于它內(nèi)部的質(zhì)點所產(chǎn)生的各種規(guī)律的研究。而在具體的采礦工程中，固體力學(xué)的應(yīng)用主要有材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及斷裂、損傷力學(xué)等等。

3.2、流體力學(xué)

流體力學(xué)主要是對于流體本身的靜止以及運動狀態(tài)，以及其在運動時的相互作用規(guī)律的研究。在這其中對于流體研究最多的就是水和空氣。比如說在采礦工程中的地下采礦工程中，主要研究的對象就是地下的水以及瓦斯等礦井氣體。而在露天的采礦工程中，主要研究的對象就是當(dāng)?shù)亻_采的地質(zhì)以及相應(yīng)的自然條件。

3.3、爆炸力學(xué)

爆炸力學(xué)是研究工作中爆炸的發(fā)生情況以及其自身規(guī)律，并且做出對爆炸力學(xué)效應(yīng)的合理利用和有效的防護。它主要是從力學(xué)的角度來研究爆炸的能量以及急劇轉(zhuǎn)化的過程中產(chǎn)生的各種效應(yīng)。與此同時，爆炸力學(xué)還是流體力學(xué)、固體力學(xué)以及物理、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科。

3.4、計算力學(xué)

計算力學(xué)是綜合力學(xué)、計算數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)的知識，以計算機為工具研究解決力學(xué)問題的理論、方法，以及編制軟件的學(xué)科。從20世紀(jì)50年代以來，它在力學(xué)的各分支學(xué)科和邊緣學(xué)科中得到了很大的發(fā)展，無論是在科學(xué)研究還是工程技術(shù)中均得到了廣泛應(yīng)用。常見的計算力學(xué)方法并已廣泛用到數(shù)值模擬計算中的有:幾何非線性有限元法、熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力有限元法、材料非線性有限元法、離散元法、無網(wǎng)格法、有限差分法、非連續(xù)變形分析等。以計算力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬方法在采礦工程中的研究應(yīng)用也正廣泛地開展起來。

4、力學(xué)問題與采礦工程的關(guān)系

4.1、鉆井工作

在具體的采礦工程中，對于鉆井的選型，要進(jìn)行前期的細(xì)致檢查以及過程中的保養(yǎng)。對于在工程中發(fā)生的特殊事故，比如在工程中當(dāng)采油出現(xiàn)意外、瓦斯發(fā)生滲漏的時候等等，就必須應(yīng)用到力學(xué)問題分析對地層致裂和滲流的工作問題。

4.2、礦場環(huán)境監(jiān)測

在具體的采礦工程中，要對采場的地壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況的時候，及時預(yù)警，同時要考查礦石滾動的規(guī)律，一次預(yù)防意外事故的發(fā)生。對采礦區(qū)的路段也要進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，對露天陡坡進(jìn)行監(jiān)測，確保其穩(wěn)定性。

4.3、爆破工作

對于采礦工程中的爆炸問題要特別的關(guān)注，努力做好巖爆機制的預(yù)防，關(guān)注硬巖的非爆炸破碎方法，研究礦巖的粉碎力學(xué)和巖石的爆破力學(xué)問題。以此保證爆破工作的順利、安全開展。

4.4、崩落采礦工作

對于崩落采礦工作，要做到：了解巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖性、地質(zhì)因素等工程以及開挖、回采地壓等生產(chǎn)因素，注重它們的關(guān)聯(lián)性。巖石力學(xué)對崩落采礦具有關(guān)鍵的指導(dǎo)性作用，其主要的應(yīng)用范圍有：應(yīng)用巖體自身特征，結(jié)合地應(yīng)力對工程進(jìn)行控制，達(dá)到實現(xiàn)崩落采礦的目的。在采礦工程中使用崩落采礦法的決策時，運用力學(xué)充分掌握巖體的斷層特點，深入研究巖體的可崩性，才能夠?qū)⒈容^適合的崩落采礦方案制定出來。

5、巖石力學(xué)在采礦工程中應(yīng)用現(xiàn)狀

5.1、對深部開采所帶來的災(zāi)害預(yù)測

要知道對于礦山的深部開采是一件具有一定危險系數(shù)的工作，可能會遇見礦震、巖石爆炸等危險，并且這類事故是常有發(fā)生的，目前已經(jīng)有很多國家有過類似的經(jīng)歷，但是目前對于巖爆的預(yù)防以及防止工作卻沒有引起相應(yīng)的重視，施工隊伍對礦山的開采已經(jīng)越來越深入，所面臨的危險也自然越來越大，因此對于這方面必須加以重視，應(yīng)用巖石力學(xué)的相關(guān)知識對工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，應(yīng)力測量以及一些巖石力學(xué)實驗，通過對能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發(fā)生原理，從而對巖爆進(jìn)行一定的防治工作。

5.2、礦山地應(yīng)力場測量

地應(yīng)力是存在于地質(zhì)底層中的天然力量，它是引起在巖石開挖過程中原巖應(yīng)力發(fā)生變化的力量，對其進(jìn)行研究是對于開采方案進(jìn)行研究的首要前提，對于采礦工程來說，實現(xiàn)必須要了解掌握具體工程中的地應(yīng)力狀況，這樣才能對礦山進(jìn)行合理的總體布置并且選取適當(dāng)?shù)牟傻V方法，長期以來，我們所生存的地球已經(jīng)經(jīng)歷了無數(shù)次的構(gòu)造運動，逐步演變出地球地應(yīng)力復(fù)雜性，要想安全的進(jìn)行采礦工程，就必須對其進(jìn)行實地應(yīng)力測量。

5.3、大型露天礦邊坡設(shè)計優(yōu)化

現(xiàn)在我國已經(jīng)有很多露天礦山開采轉(zhuǎn)為了深凹開采，隨著開采難度的越來越大，對于安全性以及穩(wěn)定性的維護就越來越難，邊坡滑移的破壞事故發(fā)生日益頻繁，這些都嚴(yán)重的威脅到了礦山開采工作的安全性，但是，減少邊坡角滑坡事故與增加成本之間卻出現(xiàn)了矛盾，對于這種情況，我們就需要經(jīng)過精確的定量而不只是定性計算并充分考慮巖體條件和地應(yīng)力的作用，在能夠保證安全的前提條件下，盡量的節(jié)省成本，保證工程效益。

6、巖石力學(xué)在采礦工程中的發(fā)展趨勢

巖石力學(xué)在采礦工程的發(fā)展趨勢之一就是多學(xué)科的相互交叉綜合集成。在采礦工程中，很多不確定的因素都會導(dǎo)致工程的安全性下降。所以在以后的工作中綜合地質(zhì)、力學(xué)試驗以及物理、化學(xué)分析等學(xué)科知識將是解決該問題的最好途徑。其二是多尺度的綜合集成，現(xiàn)階段，隨著礦井開采深度的日益加大，采礦工程中的巖石力學(xué)問題出現(xiàn)了熱、流、固、化多場并存的狀況。所以對于多相運動的研究還有待深入，在以后的工作中將會更加的關(guān)注多尺度的綜合集成問題。

總而言之，采礦工程是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及許多不同的專業(yè)領(lǐng)域。而運用力學(xué)知識完善采礦工程是現(xiàn)如今采礦業(yè)的一大要務(wù)，但是力學(xué)在促進(jìn)采礦業(yè)發(fā)展的同時，依舊存在許多不足。這就要求相關(guān)的采礦工作人員應(yīng)該緊密結(jié)合采礦工程實踐與采礦工程力學(xué)關(guān)系理論研究，通過完善我國的采礦技術(shù)，提高我國的采礦率，以此來有效地降低采礦成本。

參考文獻(xiàn)

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篇8

傳熱學(xué)教學(xué)方法改革《傳熱學(xué)》是研究熱量傳遞過程規(guī)律的科學(xué)，作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，廣泛開設(shè)于熱動、建環(huán)、化工、電子等各專業(yè)領(lǐng)域。這門課程與先修課程《工程熱力學(xué)》和《流體力學(xué)》相比較，具有更為復(fù)雜的知識結(jié)構(gòu)，因此，在對這門課的學(xué)習(xí)過程中，部分學(xué)生感到困難頗多，甚至有些無所適從。

一、上好緒論課

緒論是傳熱學(xué)的第一堂課，俗話說：“良好的開端是成功的一半”。上好緒論課在培養(yǎng)學(xué)生興趣、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)等方面具有不可低估的作用。在緒論課上，教師可以多列舉日常生活中遇到的傳熱學(xué)問題，以及專業(yè)中有哪些專業(yè)現(xiàn)象需要用傳熱學(xué)的知識來解釋。比如，給建環(huán)專業(yè)的學(xué)生講一些傳熱學(xué)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，可以讓學(xué)生對課程有個大致的了解，同時通過強調(diào)本課程在專業(yè)知識架構(gòu)體系中的地位和作用，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的求知欲望和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。另外，緒論課的內(nèi)容還應(yīng)包括簡介三種傳熱方式，由于這是學(xué)生第一次接觸傳熱學(xué)的基本概念，所以給學(xué)生講授基本概念時要注意教學(xué)技巧，盡量將問題簡單化，重點講清三種基本傳熱方式之間的區(qū)別，以免學(xué)生在第一堂課就產(chǎn)生畏難情緒。

二、合理設(shè)置問題情境

設(shè)置問題情景，也叫“問題教學(xué)法”，就是教師在課堂講授時，并不是把教學(xué)內(nèi)容作為現(xiàn)成的知識向?qū)W生傳授，而是將所要講授的內(nèi)容作為一個個問題向?qū)W生提出，采用課堂上一問一答的上課方式。這樣不僅可以引起學(xué)生的注意，使學(xué)生集中精力聽課，而且還能激發(fā)學(xué)生積極思維，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

教師在講授教學(xué)內(nèi)容之前，首先從應(yīng)用實例中提出問題，例如，可以從家用冰箱中鮮肉冷凍時間提出非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題；從室內(nèi)暖氣的安裝位置講到自然對流的概念等，引起學(xué)生注意。然后再切入主題，用所要講授的理論對問題進(jìn)行定性分析，分析問題的性質(zhì)、包含的傳熱原理、傳熱的過程等。在分析問題的過程中可以采用啟發(fā)的方法，逐步引導(dǎo)學(xué)生的思維。最后是解決問題，把工程上常用的解決這類問題的定量計算方法介紹給學(xué)生。在整個的教學(xué)過程中，師生間形成了互動，學(xué)生成為課堂教學(xué)的參與者，響應(yīng)老師提出的問題，甚至對教學(xué)內(nèi)容提出質(zhì)疑，培養(yǎng)了學(xué)生探索創(chuàng)新的精神。

三、充分利用比擬法教學(xué)

比擬法是理論思維的一種重要的邏輯推理方法。它以比較為基礎(chǔ)，在已有知識的基礎(chǔ)上，通過對不同的事物及其運動規(guī)律進(jìn)行比較，找出它們的相似點或相同點，然后將其中一事物的有關(guān)知識或結(jié)論推理比擬到另一事物中去。因此它是人們有效地認(rèn)識自然界普遍規(guī)律的一種試探性工具。

我們在傳熱學(xué)的教學(xué)中，首先引入的就是電場與溫度場的類比，特別是學(xué)生在先學(xué)習(xí)了電工學(xué)，了解了電勢、電流、電阻的概念后，將溫度場中的溫度差、熱流及熱阻的特點與其相對比。隨后，在對流換熱中將已學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課流體力學(xué)中的動量傳遞與傳熱學(xué)中的熱量傳遞，質(zhì)量傳遞的特點相類比，找到它們之間的相互關(guān)系，而且流體力學(xué)中的一些原理及數(shù)學(xué)表達(dá)形式可以完全類比到傳熱學(xué)當(dāng)中，使對流換熱及傳質(zhì)問題得以大大簡化。熱傳遞的三種基本方式——導(dǎo)熱、對流及輻射是整個學(xué)科的精髓，對電阻與熱阻的類比也要始終貫穿在傳熱學(xué)的整個教學(xué)過程中。

四、多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用

一直以來，傳熱學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)都是借助黑板和粉筆等來進(jìn)行的。而傳熱學(xué)作為高等院校工程類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，不僅要介紹基本概念、基本理論，還要介紹傳熱學(xué)中的分析問題、解決問題的研究方法以及傳熱學(xué)的實際應(yīng)用，其最大的目的也就是要將知識和現(xiàn)實聯(lián)系起來，將理論知識應(yīng)用于工程實踐中去。但是憑借傳統(tǒng)教學(xué)工具黑板和粉筆，教師很難將現(xiàn)實生活和工程案例形象生動地展現(xiàn)在課堂之上。有了多媒體技術(shù)，傳熱學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中的一些問題就可以迎刃而解了。我們可以利用多媒體中的圖片、動畫和視頻輕松地將傳熱學(xué)中一些抽象的術(shù)語、概念、定理生動地以實體展示或者模擬，將這些知識點直觀地傳遞給學(xué)生。教師不但可以不用再挖空心思地去組織語言或者描摹一些圖形去解釋這些抽象的內(nèi)容，同時學(xué)生也可以非常輕松地感受到生活中的傳熱學(xué)知識，自然地將學(xué)習(xí)與生活聯(lián)系，清晰地在腦海中構(gòu)建傳熱的現(xiàn)實模型，牢固記憶。舉個簡單的事例，就拿換熱器來說，如果不通過實驗和親身的參觀，僅憑書本上的圖片，很多同學(xué)即使學(xué)完了傳熱學(xué)，在生活中遇到了換熱器也不認(rèn)識，更談不上對其分類、講述其特點，也不會將具體的原理和換熱器的器件對應(yīng)起來。但是通過換熱器的實例圖和動畫模擬換熱器的換熱過程，教師不需要太多的表述，學(xué)生就可以清楚地認(rèn)識換熱器，了解各自換熱器的特點，深刻理解和掌握各種換熱器的工作過程和工作原理。

在傳熱學(xué)教學(xué)中適當(dāng)?shù)剌o助多媒體的手段，不僅可以使教師更加生動和清晰地講解知識點，及時便捷地完善教學(xué)內(nèi)容，而且也有助于學(xué)生對知識的理解、記憶和應(yīng)用，極大地提升了學(xué)習(xí)效率。

五、結(jié)束語

傳熱學(xué)教學(xué)方法改革的措施，在正常的教學(xué)試驗中取得了良好的效果，教學(xué)過程更加完善合理。學(xué)生既掌握了基本理論、基本計算的方法，又滿足了后續(xù)課程對傳熱學(xué)理論的基本要求。同時，學(xué)生在所學(xué)知識的實踐應(yīng)用等方面也得到了綜合的鍛煉，滿足當(dāng)前教育發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳雪梅，潘艷秋，賀高紅.傳熱學(xué)課堂教學(xué)中的幾點體會[J].化工高等教育，2005，（4）.

篇9

關(guān)鍵詞：油品管道 通球 卡球

一、前言

縱觀已有的油氣儲運行業(yè)相關(guān)文章，大量科技工作者已對清管作業(yè)的清管設(shè)備、清管球的選擇、清管球的運行狀態(tài)、通球速度、卡球、如何解卡等進(jìn)行了報道，這些報道與研究對清管的生產(chǎn)作業(yè)提出了大量的理論模型，對油氣儲運的安全生產(chǎn)有很重要的參考和借鑒意義；但這些報道與研究內(nèi)容多集中在天然氣管道的清管作業(yè)方面[1]，并且是以實驗為主，構(gòu)建清管模型，通過理論結(jié)算，計算清管作業(yè)的壓力降[2]等，缺少與實際生產(chǎn)相結(jié)合，因此與實際生產(chǎn)也存在著較大的差距[3]。我司屬于第三方石化倉儲企業(yè)，管道長約3km，投產(chǎn)至今已完成通球清管操作4500多次，卡球事故也常有發(fā)生，因此管線通球操作、卡球處理的經(jīng)驗都較為豐富。根據(jù)已有的清管通球知識，我們對已有的通球操作進(jìn)行建模、總結(jié)，結(jié)合流體力學(xué)的基本定律，計算正常作業(yè)情況下管道壓降、推算出通球清管氣體需求量等，研究實際通球操作中影響通球順利進(jìn)行的因素，以求對以后的操作和事故處理起到一定的理論指導(dǎo)作用。

二、通球原理

通球的基本機構(gòu)包括管道兩端安裝的清管器發(fā)送器（也稱為發(fā)球筒）、清管器接收器（收球筒）、壓力管道、清管器（也叫清管球）。清管器外徑比管道內(nèi)徑稍大約3%～5%。把清管器放入發(fā)球筒后，在清管器后端注入壓縮氣體頂入管線內(nèi)并繼續(xù)注入壓縮氣體。當(dāng)清管器后端氣體壓力超多前端物料壓力、前后產(chǎn)生壓差時，清管球在壓力作用下沿著管道運動并把物料清掃入罐。

三、卡球原因分析

實際通球操作過程中，影響通球能否順利進(jìn)行有多種的因素，結(jié)合已有的操作經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致卡球發(fā)生主要有兩大方面：清管器前后壓差不足，或清管器變形導(dǎo)致

1.清管器前后壓差不足

清管器通過前后壓差的作用力下沿著管道運動，當(dāng)壓差太小不足以驅(qū)動清管器運動時，清管器靜止在管線內(nèi)，導(dǎo)致卡球事故的發(fā)生。導(dǎo)致壓差不足主要因素有4個方面：①動力不足，即給氣壓力不足；②收料儲罐液位高、靜壓大；③管線物料粘度大；④管線內(nèi)部產(chǎn)生氣阻。

1.1給氣壓力不足

壓縮氣體作為通球的動力，若其壓力不夠，初始時不能使清管球運行；若通球過程中壓力不夠，清管器不能維持運動狀態(tài)，靜止在管道中，發(fā)生卡球。在通球作業(yè)過程中需保持給氣壓力高于阻力才能保障通球作業(yè)的順利進(jìn)行。以我司一根DN500的管線為例簡單計算，管線長3300米，管線內(nèi)徑為489mm，包含90°彎頭124個、45°彎頭13個、球閥1個、閘閥3個。假設(shè)物料密度為950 kg·m-3、粘度為500 mm2·s-1、溫度為50℃、通球平均流速為1m/s，計算得出理論管道壓力損失為0.454MPa。實際通球作業(yè)過程種，平均給氣壓力約0.65MPa，與理論計算數(shù)據(jù)相吻合。為了保障通球的順利進(jìn)行，需預(yù)備壓力超過0.65MPa的壓縮氣體600m3。

清管球在管內(nèi)運行，是靠管內(nèi)氣體的能量作用于清管球上產(chǎn)生的推力來實現(xiàn)的，推力的大小取決于清管球前后端的壓力差，只有當(dāng)推力足以克服清管球所受的摩擦阻力及切削阻力、管道壓力損失以及清管球接收器端流體靜壓之和，且管內(nèi)介質(zhì)達(dá)到一定的流速時，清管作業(yè)才能進(jìn)行。

在水平管道中，清管球受到的阻力包括油品阻力和摩擦阻力；在管廊架上升過程中的阻力增加了清管球自身的重力；在管廊架下降過程中清管球重力變?yōu)閯恿ΑＵＧ闆r下，清管球與管壁間的滑動摩擦力及其自身的重力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于管道壓力損失及流體靜壓，為了簡化，分析中忽略摩擦阻力及重力的影響。

實際在通球作業(yè)中，控制通球速度不大于1m/s，因此，在連續(xù)性通球作業(yè)情況下，認(rèn)為清管球前端阻力只與管線長度、彎頭數(shù)量有關(guān)，根據(jù)上面阻力損失計算公式可看出，兩者呈線性關(guān)系。通球過程中假設(shè)清管球前端管線長度為L1，90°彎頭數(shù)量為m，45°彎頭數(shù)量為n，閘閥數(shù)量為3，球閥數(shù)量為1，因此通球過程中的阻力為

隨著通球的進(jìn)行，阻力不斷減少。

上述計算種，流體視為理想流體，在管道內(nèi)作層流運動，對實際通球管道壓降只能做為參考、借鑒作用。

2.收料儲罐液位高、靜壓大

通常通球作業(yè)的接收容器為儲罐。若儲罐的液位達(dá)到10m時，理論靜壓約0.1MPa，使通球阻力明顯增加。

3.管線物料粘度大

液體在流動時，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。由于粘度的作用，使物體在流體中運動時受到摩擦阻力和壓差阻力。粘度越大，清管器推動油品運動的阻力也越大。所以在實際清管作業(yè)過程中，高粘度的油品的清管作業(yè)往往容易出現(xiàn)卡球。

凝點是指在規(guī)定的冷卻條件下一切液態(tài)流體停止流動的最高溫度。油品的凝固和純化合物的凝固有很大的不同。油品并沒有明確的凝固溫度，所謂“凝固”只是作為整體來看失去了流動性，并不是所有的組分都變成了固體。顯然，當(dāng)油品失去流動性后，通球阻力大增，容易出現(xiàn)卡球事故。

4.管線內(nèi)部產(chǎn)生氣阻

我司油品管道熱補償設(shè)計為縱向方形補償器?？v向形成多個U形管道，如右圖所示。假設(shè)紅色部分為液體，空白處為氣體。在管道兩個U形管內(nèi)在垂直方向上形成液位差h1、h2，且壓力平衡時，壓力關(guān)系為P1=P2+ρgh1，P2=P3，P3=P4+ρgh2。若油品密度以950kg/m3計算，每米液位差產(chǎn)生約0.093MPa壓差。假設(shè)h1+h2=1m，則P1=P4+0.093Mpa。清管器從左側(cè)向右側(cè)運動，當(dāng)管道有大量的熱補償器并形成的壓差足夠大時，壓差阻力足以平衡給氣動力，導(dǎo)致清管球靜止在管道內(nèi)，導(dǎo)致卡球事故發(fā)生。

二、清管器過氣

一方面，清管器在管道中運動磨損達(dá)到一定程度時，清管器損壞，壓縮氣體從損壞之處直接串到清管器前端，導(dǎo)致清管器后端的壓力大大降低，在油品阻力的作用下停止運動。

另一方面，在管道彎頭處，清管器不能完全切合管道變形而形成縫隙，尤其是皮碗式清管器，在彎頭處，受到自身重力、壓縮氣體推動力、管道彎頭對皮碗的反作用力，導(dǎo)致皮碗大量變形。

參考文獻(xiàn)

[1]安金龍.長輸管道排水過程中的氣阻現(xiàn)象與氣阻定律[J].石油工程建設(shè)，2010，36（5）：13-17.

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【關(guān)鍵詞】物理 ARCS動機

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10 -0082-02

ARCS動機設(shè)計模式是由美國南佛羅里達(dá)大學(xué)的心理學(xué)教授凱勒（J.M.Kellel）提出的。這一模式認(rèn)為影響學(xué)生學(xué)習(xí)動機的因素有四類：注意、切身性、自信、滿足感。該模式的主要目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。在凱勒的ARCS理論中，動機設(shè)計是一個較為核心的內(nèi)容。他認(rèn)為，動機設(shè)計的主要過程有四個，即分析動機問題、設(shè)計動機策略、執(zhí)行策略以及評價策略執(zhí)行的效果。分析學(xué)生的動機狀況有助于明確動機激發(fā)的重點。根據(jù)學(xué)生動機狀況的特點，教師就可以確定動機激發(fā)的重點，并決定采取哪些方面的動機策略。下面我以初中物理課《流體壓強與流速的關(guān)系》為例，嘗試應(yīng)用ARCS動機設(shè)計模式進(jìn)行教學(xué)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的動機。

一、ARCS動機模式實施流程

首先是基于教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生分析動機情況。其次是設(shè)計動機策略，主要包括四個方面：興趣（引起并維持注意）；相關(guān)性（將教學(xué)與重要的需求動機相連）；自信（發(fā)展對成功的信心）；滿足感（組織內(nèi)部和外部強化）。其次是執(zhí)行策略。最后是評價后果。

二、ARCS動機模式設(shè)計原則

1、情境性和趣味性相結(jié)合的原則。

2、學(xué)習(xí)動機的激發(fā)要維持貫穿于整個學(xué)習(xí)過程。

3、獨立學(xué)習(xí)、分組討論和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合的原則。

4、要以帶動學(xué)生主動學(xué)習(xí)為最終的目標(biāo)。

三、應(yīng)用ARCS動機模式的設(shè)計案例--《流體壓強與流速的關(guān)系》

（一）教學(xué)準(zhǔn)備

1、教材分析

（1）教材結(jié)構(gòu)

《流體壓強與流速的關(guān)系》是八年級物理下冊第九章第四節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了固體壓強、液體壓強、氣體壓強的基礎(chǔ)上引入的，內(nèi)容與生活生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)聯(lián)系密切，能使學(xué)生保持對自然界的好奇，發(fā)展對科學(xué)的探索興趣，從而產(chǎn)生將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實踐的意識，是對整章物理知識“有用觀”的升華。本節(jié)的知識貼近生活實際，趣味性強，學(xué)生非常喜歡，特別是吹硬幣“跳高”的實驗更是設(shè)計巧妙，學(xué)生人人可動手實驗。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解了飛機為什么能騰空而起，知道了鐵路站臺上設(shè)置安全線的道理。整節(jié)教材編寫的理論依據(jù)是流體力學(xué)中的伯努利方程，編寫思路是從趣味性實驗現(xiàn)象入手，通過實驗探究得出結(jié)論，然后運用該結(jié)論去解釋生活中的一些現(xiàn)象，體現(xiàn)了新課標(biāo)中“從生活走向物理，從物理走向社會”的新理念。

（2）教學(xué)重點

通過探究，了解流體壓強與流速的關(guān)系。

（3）教學(xué)難點

了解生活中跟流體的壓強與流體相關(guān)的現(xiàn)象及解釋飛機升力產(chǎn)生的原因。

2、學(xué)生情況分析

經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生頭腦中已經(jīng)知道了固體、液體、氣體都能產(chǎn)生壓強，并且知道固體的壓強與壓力和受力面積的大小有關(guān)，液體的壓強與深度和密度有關(guān)，氣體的壓強會隨高度的升高而減小，氣體的壓強還會影響液體的沸點，但是壓強與流速的關(guān)系，學(xué)生從來沒有想過，這一知識點的出現(xiàn)實際上很突然的，今后的學(xué)習(xí)中從來不會用到，即使到高中也沒有涉及到此知識。但是考慮到生活中的實際問題，這節(jié)對學(xué)生而言又是非常有意義的，所以學(xué)生接受起來并不困難。此時初二的學(xué)生具有很強的學(xué)習(xí)物理的動機，一方面由于物理是新的學(xué)科，“從生活到物理，從物理到社會”這種全新的教育理念，讓學(xué)生感覺物理并不難學(xué)，而且既有用又很有趣。另一方面物理是中考學(xué)科，學(xué)校和家長都很重視，從而也刺激了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

（二）教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能

（1）了解流體的壓強與流速的關(guān)系。

（2）了解飛機的升力是怎樣產(chǎn)生的。

（3）了解生活中跟流體的壓強與流速相關(guān)的現(xiàn)象。

2、過程與方法

（1）通過觀察，認(rèn)識氣體的壓強跟流速有關(guān)的現(xiàn)象。

（2）體驗由氣體壓強差異產(chǎn)生的力。

3、情感態(tài)度價值觀

初步領(lǐng)略氣體壓強差異所產(chǎn)生現(xiàn)象的奧妙，獲得對科學(xué)的熱愛、親近感。

（三）教學(xué)方法

采用創(chuàng)設(shè)情景法、類比法、實驗法的教法通過師生互動的形式給學(xué)生提供觀察思考、自主探究、合作交流與評價的機會，注重學(xué)生的主體地位以及教師的主導(dǎo)作用。

（四）教學(xué)過程―教學(xué)設(shè)計及動機執(zhí)行策略

（五）過程評價

1、通過ARCS動機策略在整個過程的實施結(jié)果分析出學(xué)生在整個的學(xué)習(xí)過程中主動性較高，能夠明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對物理學(xué)習(xí)與自己的相關(guān)性較明確，學(xué)習(xí)積極性較高。

2、不足之處

“動機與學(xué)習(xí)之間的關(guān)系是典型的相輔相成的關(guān)系，絕非一種單向性質(zhì)的關(guān)系。”ARCS動機模式作為一種非認(rèn)知因素，對學(xué)習(xí)效果的影響并不是直接發(fā)生的，它必須通過學(xué)習(xí)者的一系列學(xué)習(xí)行為才能產(chǎn)生效果。而整體學(xué)習(xí)效果的提高除了學(xué)習(xí)動機之外，還需要有其他因素長期的配合，如學(xué)習(xí)者的先天素質(zhì)、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣、智力水平、人格特點、健康情況，以及學(xué)習(xí)環(huán)境和課外指導(dǎo)等。

參考文獻(xiàn)：